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KR20130045041A - 3d structured nonvolatile memory device and method for manufacturing the same - Google Patents

3d structured nonvolatile memory device and method for manufacturing the same Download PDF

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KR20130045041A
KR20130045041A KR1020110109479A KR20110109479A KR20130045041A KR 20130045041 A KR20130045041 A KR 20130045041A KR 1020110109479 A KR1020110109479 A KR 1020110109479A KR 20110109479 A KR20110109479 A KR 20110109479A KR 20130045041 A KR20130045041 A KR 20130045041A
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KR
South Korea
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etching
channel
memory device
film
dimensional structure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020110109479A
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Korean (ko)
Inventor
김민수
신동선
이영진
최진해
한주희
황성진
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
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Filing date
Publication date
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Priority to US13/603,049 priority patent/US20130099304A1/en
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Priority to US14/540,824 priority patent/US9466609B2/en
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Abstract

본 발명은 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자에 있어서, 기판 상에 적층된 복수의 콘트롤 게이트들; 상기 복수의 콘트롤 게이트들을 관통하는 복수의 제1 채널들; 및 상기 제1 채널을 둘러싸면서 상기 제1 채널과 상기 복수의 콘트롤 게이트들 사이에 개재되어 상호 분리된 복수의 메모리막 패턴들을 포함한다. 본 발명에 따르면, 선택 게이트들 간, 메모리 셀들 간의 간섭을 최소화하여 프로그램/소거/리드 동작의 효율을 개선할 수 있다. 또한, 메모리 소자를 인핸스드 모드로 구동할 수 있다.The present invention relates to a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure and a method of manufacturing the same. According to an embodiment of the present invention, a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure includes: a plurality of control gates stacked on a substrate; A plurality of first channels passing through the plurality of control gates; And a plurality of memory layer patterns interposed between the first channel and the plurality of control gates to surround the first channel and separated from each other. According to the present invention, the interference between the select gates and the memory cells can be minimized to improve the efficiency of program / erase / lead operations. In addition, the memory device may be driven in an enhanced mode.

Description

3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법{3D STRUCTURED NONVOLATILE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Non-volatile memory device having a three-dimensional structure and a method of manufacturing the same {3D STRUCTURED NONVOLATILE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure and a method of manufacturing the same.

비휘발성 메모리 소자는 전원공급이 차단되더라도 저장된 데이터가 그대로 유지되는 메모리 소자이다. 최근 실리콘 기판상에 단층으로 메모리 소자를 제조하는 2차원 구조의 메모리 소자의 집적도 향상이 한계에 도달함에 따라, 실리콘 기판으로부터 수직으로 메모리 셀을 적층하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자가 제안되고 있다.A non-volatile memory device is a memory device in which stored data is retained even if power supply is interrupted. Recently, as the degree of integration of a memory device having a two-dimensional structure that manufactures a memory device in a single layer on a silicon substrate has reached a limit, a non-volatile memory device having a three-dimensional structure in which memory cells are stacked vertically from a silicon substrate has been proposed. .

이하, 도면을 참조하여 종래기술에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조 및 그에 따른 문제점을 상세히 살펴보도록 한다.
Hereinafter, a structure and a problem thereof of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to the prior art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래기술에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자는 기판(10)으로부터 돌출된 채널(CH) 및 채널(CH)을 따라 적층된 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 또한, 메모리 소자는 복수의 메모리 셀들(MC) 하부에 형성된 하부 선택 게이트(LSG) 및 복수의 메모리 셀들(MC) 상부에 형성된 상부 선택 게이트(USG)를 더 포함하고, 상부 선택 게이트(USG)의 상부에는 채널(CH)과 연결된 비트라인(BL)이 구비된다. 이와 같은 구조에 따르면, 하부 선택 게이트(LSG)와 상부 선택 게이트(USG) 사이에 직렬로 연결된 복수의 메모리 셀들(MC)이 하나의 스트링(STRING)을 구성하며, 스트링(STRING)은 기판(10)으로부터 수직으로 배열된다.As shown in FIG. 1, the nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to the related art includes a channel CH protruding from the substrate 10 and a plurality of memory cells stacked along the channel CH. The memory device may further include a lower select gate LSG formed under the plurality of memory cells MC and an upper select gate USG formed over the plurality of memory cells MC. The bit line BL is connected to the channel CH. According to the structure, a plurality of memory cells MC connected in series between the lower select gate LSG and the upper select gate USG constitute one string STRING, and the string STRING is a substrate 10. Vertically).

본 도면에서 도면 부호 "11, 14, 17"은 층간절연막을 나타내고, 도면 부호 "12"는 하부 선택 라인을 나타내고, 도면 부호 "15"는 워드라인을 나타내고, 도면 부호 "18"은 상부 선택 라인을 나타낸다. 또한, 도면 부호 "13, 19"는 게이트 절연막을 나타내고, 도면 부호 "16"은 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막을 나타낸다.In the drawings, reference numerals 11, 14, and 17 denote interlayer insulating films, reference numeral 12 denotes a lower selection line, reference numeral 15 denotes a word line, and reference numeral 18 denotes an upper selection line. Indicates. Reference numerals 13 and 19 denote gate insulating films, and reference numeral 16 denotes a charge blocking film, a charge trap film and a tunnel insulating film.

메모리 셀(CH)의 형성 방법을 간단히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 복수의 도전막들 및 복수의 층간절연막들을 교대로 형성한 후, 복수의 도전막들(15) 및 복수의 층간절연막들(14)을 식각하여 트렌치를 형성한다. 이어서, 트렌치 내벽에 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막(16)을 형성한 후 트렌치 내에 채널막을 매립한다. 이와 같은 제조 공정에 의하면, 채널(CH)을 따라 적층된 복수의 메모리 셀들(MC)의 전하트랩막이 상호 연결된 구조를 갖게 된다.The formation method of the memory cell CH will be briefly described as follows. First, a plurality of conductive layers and a plurality of interlayer insulating layers are alternately formed, and then a plurality of conductive layers 15 and a plurality of interlayer insulating layers 14 are etched to form trenches. Subsequently, after the charge blocking film, the charge trap film, and the tunnel insulating film 16 are formed on the inner wall of the trench, the channel film is buried in the trench. According to the manufacturing process as described above, the charge trap layers of the plurality of memory cells MC stacked along the channel CH are connected to each other.

여기서, 전하트랩막은 전하가 주입 또는 방출되어 데이터가 저장되는 실질적인 데이터 저장소로서의 역할을 한다. 따라서, 메모리 셀들(MC)의 전하트랩막이 상호 연결된 종래의 구조에서는 하나의 메모리 셀(MC)에 저장된 전하가 다른 메모리 셀로 이동되어 저장된 데이터가 손상될 수 있다.
Here, the charge trap film serves as a substantial data store in which charge is injected or released to store data. Therefore, in the conventional structure in which the charge trap layers of the memory cells MC are interconnected, charges stored in one memory cell MC may be moved to another memory cell, thereby damaging the stored data.

본 발명은 적층된 메모리 셀들의 전하트랩막이 상호 분리된 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a non-volatile memory device having a three-dimensional structure in which charge trap films of stacked memory cells are separated from each other, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 실시예는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자에 있어서, 기판 상에 적층된 복수의 콘트롤 게이트들; 상기 복수의 콘트롤 게이트들을 관통하는 복수의 제1 채널들; 및 상기 제1 채널을 둘러싸면서 상기 제1 채널과 상기 복수의 콘트롤 게이트들 사이에 개재되어 상호 분리된 복수의 메모리막 패턴들을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure includes: a plurality of control gates stacked on a substrate; A plurality of first channels passing through the plurality of control gates; And a plurality of memory layer patterns interposed between the first channel and the plurality of control gates to surround the first channel and separated from each other.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법에 있어서, 복수의 제1 물질막들 및 복수의 제2 물질막들을 교대로 형성하는 단계; 상기 복수의 제1 물질막들 및 상기 복수의 제2 물질막들을 식각하여 복수의 제1 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치의 내벽에 노출된 복수의 제2 물질막들을 일부 두께 식각하는 단계; 상기 복수의 제2 물질막들이 일부 두께 식각된 제1 트렌치의 내면을 따라 전하트랩막을 형성하는 단계; 상기 전하트랩막 상에 채널막을 형성하여, 적층된 상기 복수의 제1 물질막들 사이로 돌출된 복수의 돌출부들을 갖는 제1 채널을 형성하는 단계; 상기 복수의 제1 물질막들 및 상기 복수의 제2 물질막들을 식각하여 이웃한 상기 제1 트렌치들 사이에 슬릿을 형성하는 단계; 적층된 복수의 메모리 셀들의 전하트랩막을 상호 분리시키도록 상기 슬릿의 내벽에 노출된 상기 전하트랩막을 식각하는 단계; 및 상기 전하트랩막이 식각된 상기 슬릿 내에 절연막을 매립하는 단계를 포함한다.Another embodiment of the present invention is a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure, the method comprising: alternately forming a plurality of first material films and a plurality of second material films; Etching the plurality of first material layers and the plurality of second material layers to form a plurality of first trenches; Etching a plurality of thicknesses of the second material layers exposed on the inner wall of the first trench; Forming a charge trap layer along an inner surface of the first trench in which the plurality of second material layers are partially etched; Forming a channel film on the charge trap film to form a first channel having a plurality of protrusions protruding between the plurality of stacked first material films; Etching the plurality of first material layers and the plurality of second material layers to form a slit between the adjacent first trenches; Etching the charge trap layer exposed on the inner wall of the slit to separate the charge trap layers of the plurality of stacked memory cells from each other; And embedding an insulating layer in the slit in which the charge trap layer is etched.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법에 있어서, 복수의 도전막들 및 복수의 제1 희생막들을 교대로 형성하는 단계; 상기 복수의 도전막들 및 상기 복수의 제1 희생막들을 식각하여 복수의 제1 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치의 내면을 따라 전하트랩막을 형성하는 단계; 상기 전하트랩막 상에 채널막을 형성하여, 기판으로부터 돌출된 제1 채널을 형성하는 단계; 상기 복수의 도전막들 및 상기 복수의 제2 희생막들을 식각하여 이웃한 상기 제1 트렌치들 사이에 슬릿을 형성하는 단계; 상기 전하트랩막이 노출되도록 상기 슬릿의 내벽에 노출된 상기 복수의 제1 희생막들을 식각하는 단계; 적층된 복수의 메모리 셀들의 전하트랩막을 상호 분리시키도록, 상기 슬릿의 내벽에 노출된 전하트랩막을 식각하는 단계; 상기 전하트랩막이 식각되어 노출된 상기 제1 채널에 정션을 형성하는 단계; 및 상기 정션이 형성된 상기 슬릿 내에 절연막을 매립하는 단계를 포함한다.
In still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure, the method comprising: alternately forming a plurality of conductive layers and a plurality of first sacrificial layers; Etching the plurality of conductive layers and the plurality of first sacrificial layers to form a plurality of first trenches; Forming a charge trap layer along an inner surface of the first trench; Forming a channel film on the charge trap film to form a first channel protruding from the substrate; Etching the plurality of conductive layers and the plurality of second sacrificial layers to form a slit between the adjacent first trenches; Etching the plurality of first sacrificial layers exposed on the inner wall of the slit to expose the charge trap layer; Etching the charge trap layers exposed on the inner walls of the slits so as to separate the charge trap layers of the plurality of stacked memory cells from each other; Etching the charge trap layer to form a junction in the exposed first channel; And embedding an insulating film in the slit in which the junction is formed.

본 발명에 따르면, 적층된 메모리 셀들의 전하트랩막을 상호 분리시킬 수 있다. 따라서, 선택 게이트들 간, 메모리 셀들 간의 간섭을 최소화하여 프로그램/소거/리드 동작의 효율을 개선할 수 있다. 또한, 적층된 콘트롤 게이트들 사이의 채널에 정션을 형성하여 메모리 소자를 인핸스드 모드로 구동할 수 있다.
According to the present invention, the charge trap layers of the stacked memory cells can be separated from each other. Therefore, the interference between the select gates and the memory cells may be minimized to improve the efficiency of program / erase / lead operations. In addition, a junction may be formed in a channel between the stacked control gates to drive the memory device in an enhanced mode.

도 1은 종래기술에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 메모리 셀이 적용된 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 메모리 셀이 적용된 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 메모리 셀이 적용된 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to the prior art.
2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to a first embodiment of the present invention.
3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to a second embodiment of the present invention.
4A through 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure to which a memory cell according to a first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure to which a memory cell according to a second embodiment of the present invention is applied.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure to which a memory cell according to a third embodiment of the present invention is applied.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described. In the drawings, the thickness and spacing are expressed for convenience of description and may be exaggerated compared to the actual physical thickness. In describing the present invention, known configurations irrespective of the gist of the present invention may be omitted. It should be noted that, in the case of adding the reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements have the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 단, 설명의 편의를 위해 메모리 셀 영역만을 도시하였다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to a first embodiment of the present invention. However, only the memory cell area is shown for convenience of description.

도 2a에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 물질막들(21) 및 복수의 제2 물질막들(22)을 교대로 형성한다. As shown in FIG. 2A, a plurality of first material layers 21 and a plurality of second material layers 22 are alternately formed.

여기서, 제1 물질막(21)은 콘트롤 게이트를 형성하기 위한 것이고, 제2 물질막(22)은 적층된 콘트롤 게이트들을 상호 분리시키는 층간절연막을 형성하기 위한 것이다. 따라서, 적층되는 제1 물질막(21) 및 제2 물질막(22)의 수는 적층하고자하는 메모리 셀의 개수에 따라 결정된다. Here, the first material film 21 is for forming a control gate, and the second material film 22 is for forming an interlayer insulating film that separates the stacked control gates from each other. Therefore, the number of the first material layer 21 and the second material layer 22 to be stacked is determined according to the number of memory cells to be stacked.

제1 물질막(21)과 제2 물질막(22)은 식각 선택비가 큰 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 물질막(21)은 콘트롤 게이트용 도전막으로 형성되고 제2 물질막(22)은 희생막으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 물질막(21)은 희생막으로 형성되고 제2 물질막(22)은 층간절연막으로 형성될 수 있다. 제1 실시예에서는 제1 물질막(21)은 질화막 등의 희생막으로 형성되고, 제2 물질막(22)은 산화막 등의 층간절연막으로 형성된 경우에 대해 설명하도록 한다. The first material layer 21 and the second material layer 22 may be formed of a material having a high etching selectivity. For example, the first material layer 21 may be formed of a conductive film for a control gate, and the second material layer 22 may be formed of a sacrificial layer. Alternatively, the first material layer 21 may be formed as a sacrificial layer, and the second material layer 22 may be formed as an interlayer insulating layer. In the first embodiment, a case in which the first material film 21 is formed of a sacrificial film such as a nitride film and the second material film 22 is formed of an interlayer insulating film such as an oxide film will be described.

이어서, 복수의 제1 물질막들(21) 및 복수의 제2 물질막들(22)을 식각하여 복수의 제1 트렌치들을 형성한 후, 제1 트렌치의 내벽에 노출된 복수의 제2 물질막들(22)을 일부 두께 식각한다.Subsequently, the plurality of first material layers 21 and the plurality of second material layers 22 are etched to form a plurality of first trenches, and then the plurality of second material layers exposed on the inner wall of the first trench. The thickness 22 is etched to some extent.

이어서, 복수의 제2 물질막들(22)이 일부 두께 식각된 제1 트렌치의 내면을 따라 메모리막(23)을 형성한다. 여기서, 메모리막(23)은 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막을 포함한다. 단, 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막을 모두 형성하지 않고, 전하트랩막 및 터널절연막만 형성하는 것도 가능하다.Subsequently, the plurality of second material layers 22 may form the memory layer 23 along the inner surface of the first trench partially etched in thickness. The memory film 23 includes a charge blocking film, a charge trap film, and a tunnel insulating film. However, it is also possible to form only the charge trapping film and the tunnel insulating film without forming all of the charge blocking film, the charge trapping film and the tunnel insulating film.

이어서, 메모리막(23) 상에 채널막을 형성하여 적층된 복수의 제1 물질막들(21) 및 복수의 제2 물질막들(22)을 관통하는 제1 채널(24)을 형성한다. 여기서, 채널막은 복수의 제2 물질막들(22)이 일부 두께 식각된 영역을 매립하면서 제1 트렌치의 내벽에 형성된다. 따라서, 제1 채널(24)은 적층된 제1 물질막들(21) 사이로 돌출된 복수의 돌출부들(A)을 포함한다.Subsequently, a channel layer is formed on the memory layer 23 to form a plurality of first material layers 21 and first channels 24 that pass through the plurality of second material layers 22. Here, the channel film is formed on the inner wall of the first trench while filling the region where the plurality of second material films 22 are partially etched. Accordingly, the first channel 24 includes a plurality of protrusions A protruding between the stacked first material layers 21.

여기서, 채널막은 제1 트렌치의 중심 영역까지 완전히 매립되거나, 중심 영역을 오픈시키는 두께로 형성된다. 중심 영역이 오픈된 경우에는 오픈된 중심 영역에 절연막(25)이 매립된다.In this case, the channel film may be completely filled up to the center region of the first trench or may be formed to a thickness that opens the center region. When the center region is open, the insulating film 25 is buried in the open center region.

도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 물질막들(21) 및 복수의 제2 물질막들(22)을 식각하여, 이웃한 제1 채널들(24) 사이에 슬릿(S)을 형성한다. 본 도면에서는 식각된 제1 물질막을 도면 부호 "21A"로 나타내고, 식각된 제2 물질막을 도면 부호 "22A"로 나타내었다. 또한, 본 도면에서는 슬릿(S) 형성 후, 복수의 제2 물질막들(22A)이 일부 잔류하는 것으로 도시하였으나, 복수의 제2 물질막들(22)이 전부 제거될 수도 있다.As shown in FIG. 2B, the plurality of first material layers 21 and the plurality of second material layers 22 are etched to form a slit S between the adjacent first channels 24. do. In the drawing, the etched first material film is denoted by reference numeral 21A, and the etched second material film is denoted by reference numeral 22A. In addition, although the plurality of second material films 22A are partially left after the slit S is formed in the drawing, all of the plurality of second material films 22 may be removed.

도 2c에 도시된 바와 같이, 잔류하는 복수의 제2 물질막들(22A)을 제거하여 메모리막(23)을 노출시킨 후, 슬릿(S)의 내벽에 노출된 메모리막(23)을 식각한다(도면 부호 "B" 참조). 이때, 돌출부들이 제1 물질막들(21A) 사이의 일부분을 채우고 있으므로, 제1 물질막들(21A)이 붕괴되는 것을 방지하면서 메모리막(23)을 용이하게 식각할 수 있다. As illustrated in FIG. 2C, after the plurality of remaining second material layers 22A are removed to expose the memory layer 23, the memory layer 23 exposed on the inner wall of the slit S is etched. (See drawing "B"). In this case, since the protrusions fill a portion between the first material layers 21A, the memory layer 23 may be easily etched while preventing the first material layers 21A from being collapsed.

이를 통해, 메모리막(23)이 복수의 메모리막 패턴들(23A)로 패터닝되며, 제1 채널(24)을 따라 적층된 메모리 셀들의 전하트랩막이 상호 분리된다. 따라서, 적층된 메모리 셀들 간에 전하가 이동되는 것을 방지할 수 있다.As a result, the memory layer 23 is patterned into the plurality of memory layer patterns 23A, and the charge trap layers of the memory cells stacked along the first channel 24 are separated from each other. Therefore, it is possible to prevent the charge from being transferred between the stacked memory cells.

이어서, 본 도면에는 도시되지 않았으나, 메모리막(23)을 식각하여 노출된 제1 채널(24)의 복수의 돌출부들에 불순물을 주입하여 정션을 형성할 수 있다. 이때, 불순물의 주입 깊이를 조절하여 정션의 깊이를 조절할 수 있다.Subsequently, although not shown in the drawing, a junction may be formed by etching impurities into the plurality of protrusions of the exposed first channel 24 by etching the memory layer 23. At this time, the depth of the junction may be adjusted by adjusting the implantation depth of the impurities.

도 2d에 도시된 바와 같이, 슬릿(S)의 내벽에 노출된 복수의 제1 물질막들(21A)을 제거하여 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 형성한다. 이때, 복수의 돌출부들은 콘트롤 게이트용 몰드로서 역할을 하게 되며, 복수의 돌출부들 사이의 영역이 콘트롤 게이트 영역이 된다. As shown in FIG. 2D, the plurality of first material layers 21A exposed on the inner wall of the slit S are removed to form a plurality of control gate regions. In this case, the plurality of protrusions serve as a mold for the control gate, and an area between the plurality of protrusions becomes a control gate area.

이어서, 복수의 콘트롤 게이트 영역들에 도전막을 매립하여 복수의 콘트롤 게이트들(28)을 형성한다. 예를 들어, 복수의 콘트롤 게이트 영역들이 형성된 슬릿(S)의 내면을 따라 제1 금속막(26)을 형성한 후, 콘트롤 게이트 영역이 매립되도록 제1 금속막(26) 상에 제2 금속막(27)을 형성한다. 여기서, 제1 금속막(26)은 베리어 금속막이고 제2 금속막(27)은 갭필용 금속막일 수 있다. 이어서, 습식 식각 공정 및 건식 식각 공정을 조합하여 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 제외한 슬릿(S)의 내벽에 형성된 제2 금속막(27)을 식각한다. 이어서, 세정 공정에 의해 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 제외한 슬릿(S)의 내벽에 형성된 제1 금속막(26)을 식각한다. 이로써, 복수의 콘트롤 게이트 영역들에 매립된 도전막이 각각 분리되어 복수의 콘트롤 게이트들(28)이 형성된다.Subsequently, a plurality of control gates 28 are formed by filling a conductive film in the plurality of control gate regions. For example, after the first metal layer 26 is formed along the inner surface of the slit S in which the plurality of control gate regions are formed, the second metal layer on the first metal layer 26 to fill the control gate region. (27) is formed. Here, the first metal layer 26 may be a barrier metal layer and the second metal layer 27 may be a gap fill metal layer. Subsequently, a wet etching process and a dry etching process are combined to etch the second metal layer 27 formed on the inner wall of the slit S except for the plurality of control gate regions. Subsequently, the first metal layer 26 formed on the inner wall of the slit S except for the plurality of control gate regions is etched by the cleaning process. As a result, the conductive layers embedded in the plurality of control gate regions are separated from each other to form the plurality of control gates 28.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 메모리막(23) 형성 단계에서 전하트랩막 및 터널절연막만을 형성한 경우에는, 콘트롤 게이트들(28)을 형성하기에 앞서 전하차단막을 먼저 형성한다. As described above, when only the charge trap layer and the tunnel insulation layer are formed in the memory layer 23 forming step, the charge blocking layer is first formed before forming the control gates 28.

도 2e에 도시된 바와 같이, 적층된 콘트롤 게이트들(28) 사이로 돌출된 복수의 돌출부들을 식각한다. 본 도면에서는 돌출부들이 식각된 제1 채널을 도면 부호 "24A"로 나타내었다.As shown in FIG. 2E, a plurality of protrusions protruding between the stacked control gates 28 are etched. In this figure, the first channel in which the protrusions are etched is denoted by reference numeral 24A.

이와 같이 돌출부들을 식각할 경우, 각 메모리 셀의 채널의 유효 길이를 감소시킬 수 있다. 물론, 돌출부들을 일부만 식각하거나, 돌출부들을 식각하지 않고 잔류시킬 수 있다. 또한, 돌출부들을 식각한 후에 적층된 콘트롤 게이트들(28) 사이의 제1 채널(24A)에 정션을 형성하는 것도 가능하다.When the protrusions are etched in this way, the effective length of the channel of each memory cell may be reduced. Of course, only some of the protrusions may be etched, or the protrusions may remain without being etched. It is also possible to form a junction in the first channel 24A between the stacked control gates 28 after etching the protrusions.

도 2f에 도시된 바와 같이, 복수의 돌출부들이 식각된 슬릿(S) 내에 절연막을 매립한다. 이로써, 제1 채널(24A)을 따라 적청된 복수의 메모리 셀들이 형성된다. 특히, 제1 실시예에 따르면, "ㄷ" 형태의 메모리막 패턴(23A)이 콘트롤 게이트(28)를 각각 둘러싼다. 즉, 메모리막 패턴(23A)은 복수의 콘트롤 게이트들(28)의 상부면 및 하부면을 감싸면서, 제1 채널(24A)과 복수의 콘트롤 게이트들(28) 사이에 개재된다. 따라서, 제1 채널(24A)을 따라 적층된 복수의 메모리 셀들은 상호 분리된 전하트랩막을 각각 포함하게 된다.
As shown in FIG. 2F, an insulating film is embedded in the slit S in which the plurality of protrusions are etched. As a result, a plurality of red and blue memory cells are formed along the first channel 24A. In particular, according to the first embodiment, the memory film pattern 23A of the "c" shape surrounds the control gate 28, respectively. That is, the memory layer pattern 23A is interposed between the first channel 24A and the plurality of control gates 28 while surrounding the top and bottom surfaces of the plurality of control gates 28. Thus, the plurality of memory cells stacked along the first channel 24A may include charge trap layers that are separated from each other.

한편, 제1 실시예에서 제1 물질막(21)은 도프드 폴리실리콘막, 도프드 비정질 실리콘막 등의 콘트롤 게이트용 도전막으로 형성되고, 제2 물질막(22)은 언도프드 폴리실리콘막, 언도프드 비정질 실리콘막 등의 희생막으로 형성되는 것도 가능하다. 여기서, '도프드'는 보론(B) 등의 도펀트가 도핑된 것을 의미하고, '언도프드'는 도펀트가 도핑되지 않은 것을 의미한다.Meanwhile, in the first embodiment, the first material film 21 is formed of a conductive film for control gate, such as a doped polysilicon film or a doped amorphous silicon film, and the second material film 22 is an undoped polysilicon film. Or a sacrificial film such as an undoped amorphous silicon film. Here, 'doped' means that the dopant such as boron (B) is doped, 'undoped' means that the dopant is not doped.

이러한 경우, 도 2a 내지 도 2c에 해당되는 공정들을 진행한 후, 슬릿(S) 내에 절연막을 매립하여, 제1 채널(24)을 따라 적층된 메모리 셀들의 형성을 완료한다. 이때, 절연막을 매립하기에 앞서, 슬릿(S)의 내벽에 노출된 복수의 제1 물질막들(21)을 실리사이드화할 수 있다. 예를 들어, 슬릿 내에 금속막을 형성한 후 열처리 공정으로 제1 물질막(21)을 실리사이드화한 후 잔류하는 금속막을 제거함으로써, 제1 물질막들(21)을 실리사이드화할 수 있다. 또한, 절연막을 매립하기에 앞서 적층된 제1 물질막들(21) 사이에 돌출된 돌출부들에 정션을 형성하거나, 돌출부들을 식각하거나, 돌출부를 식각한 후에 적층된 제1 물질막들(21) 사이의 제1 채널(24)에 정션을 형성할 수 있다.
In this case, after performing the processes corresponding to FIGS. 2A to 2C, an insulating film is embedded in the slit S to complete formation of memory cells stacked along the first channel 24. In this case, before filling the insulating layer, the plurality of first material layers 21 exposed on the inner wall of the slit S may be silicided. For example, the first material layers 21 may be silicided by forming a metal layer in the slit, and then removing the remaining metal layer after silicideating the first material layer 21 by a heat treatment process. In addition, the first material layers 21 stacked after forming junctions, etching the protrusions, or etching the protrusions may be formed in the protrusions protruding between the stacked first material layers 21 before filling the insulating layer. Junctions may be formed in the first channel 24 therebetween.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to a second embodiment of the present invention.

제2 실시예는 제1 채널의 돌출부를 식각한 후 별도의 몰드를 형성하여 콘트롤 게이트를 형성하는 방법에 관한 것이다. 이하, 앞서 제1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하여 제2 실시예를 설명하도록 한다.The second embodiment relates to a method of forming a control gate by forming a separate mold after etching the protrusion of the first channel. Hereinafter, descriptions of the second embodiment will be omitted by omitting contents overlapping with those described in the first embodiment.

도 3a에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 물질막들(31)을 관통하며 복수의 돌출부들을 포함하는 제1 채널(33), 제1 채널(33)을 둘러싸며 제1 채널(33)과 복수의 콘트롤 게이트들(31) 사이에 개재된 메모리막(32), 이웃한 제1 채널들(34) 사이의 슬릿(S) 등을 형성한다. 여기서, 제1 물질막(31)은 질화막 등의 희생막으로 형성되고, 제2 물질막(32)은 산화막 등의 층간절연막으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3A, the first channel 33 penetrates through the plurality of first material layers 31 and includes a plurality of protrusions, and surrounds the first channel 33 and the first channel 33. The memory layer 32 interposed between the plurality of control gates 31 and the slit S between the adjacent first channels 34 are formed. Here, the first material film 31 may be formed of a sacrificial film such as a nitride film, and the second material film 32 may be formed of an interlayer insulating film such as an oxide film.

도 3b에 도시된 바와 같이, 적층된 제1 물질막들(31) 사이로 돌출된 제1 채널(33)의 복수의 돌출부들을 식각한다. 이때, 복수의 돌출부들을 각각 둘러싸고 있는 메모리막(32)이 함께 식각된다. 여기서, 복수의 돌출부들 및 메모리막(32)이 식각된 영역은 후속 콘트롤 게이트 형성시 사용될 몰드를 형성하기 위한 영역(이하, 몰드 영역(M)이라 함)이다.As shown in FIG. 3B, the plurality of protrusions of the first channel 33 protruding between the stacked first material layers 31 are etched. In this case, the memory layers 32 surrounding the plurality of protrusions are etched together. Here, the region in which the plurality of protrusions and the memory layer 32 are etched is a region for forming a mold to be used for subsequent control gate formation (hereinafter referred to as mold region M).

이때, 메모리막(32)은 복수의 메모리막 패턴들(32A)로 패터닝되며, 각 메모리막 패턴(32A)은 "ㅣ"의 형태로 제1 채널(33A)과 복수의 제1 물질막들(31) 사이에 한해 개재된다. 따라서, 복수의 메모리막 패턴들(32A)은 일정 거리 상호 이격되며, 적층된 메모리 셀들 간의 전하 이동이 방지된다.In this case, the memory layer 32 is patterned into a plurality of memory layer patterns 32A, and each of the memory layer patterns 32A has a shape of "|" and the first channel 33A and the plurality of first material layers ( 31). Therefore, the plurality of memory layer patterns 32A are spaced apart from each other by a predetermined distance, and charge transfer between stacked memory cells is prevented.

또한, 제1 채널(33A)의 돌출부들이 제거되어, 각 메모리 셀의 채널이 콘트롤 게이트를 감싸지 않고 일직선 형태로 형성된다. 따라서, 메모리 셀의 채널 유효 길이를 감소시킬 수 있다.In addition, the protrusions of the first channel 33A are removed so that the channels of each memory cell are formed in a straight line without enclosing the control gate. Thus, the channel effective length of the memory cell can be reduced.

이어서, 본 도면에는 도시되지 않았으나, 복수의 돌출부들 및 이들을 둘러싼 메모리막(32)을 식각한 후, 적층된 제1 물질막들(31) 사이로 노출된 제1 채널(33A)에 불순물을 주입하여 정션을 형성할 수 있다.Subsequently, although not shown in the drawing, after etching the plurality of protrusions and the memory layer 32 surrounding the plurality of protrusions, impurities are injected into the first channel 33A exposed between the stacked first material layers 31. It may form a junction.

도 3c에 도시된 바와 같이, 몰드 영역(M)에 산화막 등의 절연막을 매립한다. 여기서, 몰드 영역(M)에 매립된 절연막들은 콘트롤 게이트 형성용 몰드(35)가 된다.As shown in FIG. 3C, an insulating film such as an oxide film is embedded in the mold region M. As shown in FIG. Here, the insulating layers embedded in the mold region M become the control gate forming mold 35.

이어서, 복수의 제1 물질막들(31)을 제거하여 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 형성한다. 여기서, 복수의 콘트롤 게이트 영역들은 몰드(35)에 의해 상호 분리된다.Subsequently, the plurality of first material layers 31 are removed to form a plurality of control gate regions. Here, the plurality of control gate regions are separated from each other by the mold 35.

도 3d에 도시된 바와 같이, 복수의 콘트롤 게이트 영역들에 도전막을 매립하여 복수의 콘트롤 게이트들(38)을 형성한다. 각 콘트롤 게이트(38)는 베리어 금속막과 같은 제1 금속막(36) 및 갭필용 금속막과 같은 제2 금속막(36)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3D, a plurality of control gates 38 are formed by filling a conductive film in the plurality of control gate regions. Each control gate 38 may include a first metal layer 36 such as a barrier metal layer and a second metal layer 36 such as a gap fill metal layer.

이어서, 복수의 콘트롤 게이트들(38)이 형성된 슬릿(S) 내에 절연막(39)을 매립하여, 제1 채널(33A)을 따라 적층된 메모리 셀들의 형성을 완료한다.
Subsequently, the insulating layer 39 is buried in the slit S in which the plurality of control gates 38 are formed, thereby completing the formation of the memory cells stacked along the first channel 33A.

한편, 제2 실시예에서 제1 물질막(31)은 콘트롤 게이트용 도전막으로 형성되고, 제2 물질막은 희생막으로 형성되는 것도 가능하다. 이러한 경우, 도 3a 및 도 3b에 해당되는 공정을 진행한 후, 슬릿(S) 내에 절연막을 매립하여 제1 채널(33A)을 따라 적층된 메모리 셀들의 형성을 완료한다. 이때, 절연막을 매립하기에 앞서 슬릿(S)의 내벽에 노출된 복수의 제1 물질막들(31)을 실리사이드화할 수 있다.
Meanwhile, in the second embodiment, the first material layer 31 may be formed of a conductive gate control film, and the second material layer 31 may be formed of a sacrificial layer. In this case, after a process corresponding to FIGS. 3A and 3B, an insulating film is embedded in the slit S to complete formation of memory cells stacked along the first channel 33A. In this case, before filling the insulating layer, the plurality of first material layers 31 exposed on the inner wall of the slit S may be silicided.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 단, 설명의 편의를 위해 메모리 셀 영역만을 도시하였다.4A through 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to a third embodiment of the present invention. However, only the memory cell area is shown for convenience of description.

도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 물질막들(41) 및 복수의 제2 물질막들(42)을 교대로 형성한다. 여기서, 제1 물질막(41)은 콘트롤 게이트용 도전막으로 형성되고, 제2 물질막(42)은 희생막으로 형성된다.As shown in FIG. 4A, a plurality of first material layers 41 and a plurality of second material layers 42 are alternately formed. Here, the first material layer 41 is formed of a conductive film for the control gate, and the second material layer 42 is formed of a sacrificial layer.

이어서, 복수의 제1 물질막들(41) 및 복수의 제2 물질막들(42)을 식각하여 복수의 제1 트렌치들을 형성한 후, 제1 트렌치의 내벽에 메모리막(43)을 형성한다. 여기서, 메모리막(43)은 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막을 포함한다. Subsequently, the plurality of first material layers 41 and the plurality of second material layers 42 are etched to form a plurality of first trenches, and then a memory layer 43 is formed on an inner wall of the first trench. . The memory film 43 includes a charge blocking film, a charge trap film, and a tunnel insulating film.

이어서, 메모리막(43) 상에 채널막을 형성하여 복수의 제1 물질막들(41) 및 복수의 제2 물질막들(42)을 관통하는 제1 채널(44)을 형성한다. 이때, 중심 영역이 오픈된 형태로 제1 채널(44)을 형성한 경우, 오픈된 중심 영역 내에 절연막(45)을 매립한다.Subsequently, a channel layer is formed on the memory layer 43 to form a first channel 44 that penetrates the plurality of first material layers 41 and the plurality of second material layers 42. In this case, when the first channel 44 is formed to have an open central region, the insulating layer 45 is embedded in the open central region.

도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 물질막들(41) 및 복수의 제2 물질막들(42)을 식각하여 이웃한 제1 채널들(44) 사이에 슬릿(S)을 형성한다. 이어서, 슬릿(S)의 내벽에 노출된 복수의 제2 물질막들(42)을 식각한다.As shown in FIG. 4B, the plurality of first material layers 41 and the plurality of second material layers 42 are etched to form a slit S between the adjacent first channels 44. . Subsequently, the plurality of second material layers 42 exposed on the inner wall of the slit S are etched.

이어서, 복수의 제2 물질막들(42)을 식각하여 노출된 메모리막(43)을 식각한다. 이때, 메모리막(43)은 복수의 메모리막 패턴들(43A)로 패터닝되며, 각 메모리막 패턴(43A)은 제1 채널(44)과 복수의 제1 물질막들(41) 사이에 한해 개재된다.Next, the plurality of second material layers 42 are etched to etch the exposed memory layer 43. In this case, the memory layer 43 is patterned into a plurality of memory layer patterns 43A, and each memory layer pattern 43A is interposed between the first channel 44 and the plurality of first material layers 41 only. do.

도 4c에 도시된 바와 같이, 메모리막 패턴들(43A) 사이에 노출된 제1 채널(44)에 불순물을 주입하여 정션(46)을 형성한다. 일 예로, 수평 방향으로 이온을 주입하여 정션(46)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 불순물이 도핑된 제3 물질막(미도시됨)을 형성한 후에 열처리 공정에 의해 제3 물질막의 불순물을 노출된 제1 채널(44)로 확산시킴으로써 정션(46)을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 정션(46) 형성 후에 제3 물질막을 제거할 수 있다.As illustrated in FIG. 4C, an impurity is implanted into the first channel 44 exposed between the memory layer patterns 43A to form the junction 46. For example, the junction 46 may be formed by implanting ions in a horizontal direction. As another example, after forming the third material layer doped with impurities (not shown), the junction 46 may be formed by diffusing the impurities of the third material layer into the exposed first channel 44 by a heat treatment process. . In this case, the third material film may be removed after the junction 46 is formed.

이를 통해, 제1 채널(44A)은 적층된 제1 물질막들(41) 사이에 형성된 복수의 정션들(46)을 구비하게 되며, 각 정션(46)은 적층된 메모리 셀들 사이에 위치된다. 따라서, 적층된 메모리 셀들 사이의 제1 채널(44A)에 정션(46)이 구비시킴으로써, 메모리 소자의 인핸스모드 구동이 가능해진다.As a result, the first channel 44A includes a plurality of junctions 46 formed between the stacked first material layers 41, and each junction 46 is positioned between the stacked memory cells. Accordingly, the junction 46 is provided in the first channel 44A between the stacked memory cells, thereby enabling enhanced mode driving of the memory device.

도 4d에 도시된 바와 같이, 정션(46)이 형성된 슬릿(S) 내에 절연막(47)을 매립하여 제1 채널(44A)을 따라 적층된 메모리 셀들의 형성을 완료한다.
As shown in FIG. 4D, the insulating layer 47 is filled in the slit S in which the junction 46 is formed to complete formation of the memory cells stacked along the first channel 44A.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 메모리 셀이 적용된 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure to which a memory cell according to a first embodiment of the present invention is applied.

도 5에 도시된 바와 같이, 메모리 소자는 기판(51) 상에 형성된 층간절연막(52), 층간절연막(52) 상에 형성된 파이프 게이트(53), 파이프 게이트(53) 내에 매립되며 한 쌍의 제1 채널들(24A)과 연결된 제2 채널(55)을 포함한다. 여기서, 한 쌍의 제1 채널들(24A)과 제2 채널(55)은 'U' 형태로 연결되어 하나의 채널(CH)을 구성한다. 또한, 메모리 소자는 제2 채널(54)을 둘러싼 게이트 절연막(54)을 더 포함한다. As shown in FIG. 5, the memory device is embedded in the interlayer insulating film 52 formed on the substrate 51, the pipe gate 53 formed on the interlayer insulating film 52, and the pipe gate 53. The second channel 55 is connected to the first channels 24A. Here, the pair of first channels 24A and the second channel 55 are connected in a 'U' form to form one channel CH. In addition, the memory device may further include a gate insulating layer 54 surrounding the second channel 54.

여기서, 게이트 절연막(54)은 메모리막(23) 형성시 함께 형성되고, 제2 채널(55)은 제1 채널(23A) 형성시 함께 형성될 수 있다. The gate insulating layer 54 may be formed together when the memory layer 23 is formed, and the second channel 55 may be formed together when the first channel 23A is formed.

예를 들어, 복수의 제1 물질막들 및 복수의 제2 물질막들을 형성하기 전에, 파이프 게이트(53)를 식각하여 한 쌍의 제1 트렌치들과 연결되는 위치에 제2 트렌치를 형성하고 제2 트렌치 내에 희생막을 매립한다. 그리고, 복수의 제1 트렌치들을 형성한 후에 상기 희생막을 제거하여 한 쌍의 제1 트렌치들 및 제2 트렌치로 이루어진 U형 트렌치를 형성한다. 이어서, 앞서 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 메모리막(23), 채널막 등을 형성한다. 이때, 메모리막(23), 채널막은 U형 트렌치 내에 형성된다.For example, before forming the plurality of first material layers and the plurality of second material layers, the pipe gate 53 may be etched to form a second trench at a position connected to the pair of first trenches. 2 Fill the sacrificial layer in the trench. After the plurality of first trenches are formed, the sacrificial layer is removed to form a U-type trench formed of a pair of first trenches and second trenches. Subsequently, as described above in the first embodiment, the memory film 23, the channel film, and the like are formed. At this time, the memory film 23 and the channel film are formed in the U-type trench.

이와 같은 방법에 의해 메모리 셀들을 형성할 경우, 메모리막(23)을 식각하여 복수의 메모리막 패턴들(23A)을 형성하는 과정에서, 제2 채널을 둘러싼 메모리막(23)과 제1 채널을 둘러싼 메모리막(23)이 분리된다. 여기서, 제1 채널을 둘러싼 메모리막 패턴들(23A)은 'ㄷ' 형태로 복수의 콘트롤 게이트들(28)을 각각 둘러싸면서 상호 분리된다. 또한, 제2 채널을 둘러싼 메모리막 패턴은 'U' 형태로 제2 채널의 측벽 및 하부면을 둘러싸며, 게이트 절연막(54)으로서 역할을 하게 된다. When the memory cells are formed by the above method, the memory layer 23 and the first channel surrounding the second channel are formed in the process of etching the memory layer 23 to form the plurality of memory layer patterns 23A. The surrounding memory film 23 is separated. Here, the memory layer patterns 23A surrounding the first channel are separated from each other by surrounding the plurality of control gates 28 in a 'c' shape. In addition, the memory layer pattern surrounding the second channel surrounds the sidewall and the bottom surface of the second channel in a 'U' shape, and serves as the gate insulating layer 54.

따라서, 본 발명에 따르면, 적층된 메모리 셀들의 전하트랩막을 상호 분리시킬 수 있을 뿐만 아니라, 최하부 메모리 셀의 메모리막 패턴(23A)과 파이프 게이트의 게이트 절연막(53) 또한 상호 분리시킬 수 있다.Therefore, according to the present invention, not only the charge trap films of the stacked memory cells can be separated from each other, but also the memory film pattern 23A of the lowermost memory cell and the gate insulating film 53 of the pipe gate can be separated from each other.

한편, 콘트롤 게이트(28)를 형성한 후에 제1 채널(24)의 돌출부들을 식각하는 과정에서, 슬릿 내에 노출된 제1 채널(24A)과 제2 채널(55)의 연결 부위가 식각될 수 있다. 따라서, 제1 채널(24A)과 제2 채널(55)의 연결 부위가 완전히 식각되어 제1 채널(24A)과 제2 채널(55)이 분리되는 것을 방지하기 위해, 식각 공정을 조절할 수 있다. Meanwhile, in the process of etching the protrusions of the first channel 24 after the control gate 28 is formed, a connection portion between the first channel 24A and the second channel 55 exposed in the slit may be etched. . Therefore, in order to prevent the connection between the first channel 24A and the second channel 55 being completely etched so that the first channel 24A and the second channel 55 are separated from each other, the etching process may be controlled.

또는, 돌출부 식각 공정에 앞서 슬릿(S)의 저면에 보호막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 슬릿 저면의 제1 채널(24A)과 제2 채널(55)의 연결 부위를 덮도록 최하부 메모리 셀의 콘트롤 게이트 높이로 보호막을 형성할 수 있다. 또는, 슬릿 형성시 식각 깊이를 조절하여, 제1 물질막들(21)은 전부 노출시키되 최하부의 제2 물질막(22)은 식각되지 않을 정도의 깊이로 슬릿을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 돌출부 식각 공정시 제1 채널(24A)과 제2 채널(55)의 연결 부위가 노출되지 않는다. 이 밖에도, 파이프 트렌치의 폭을 감소시켜 제1 채널(24A)과 제2 채널(55)의 연결 부위가 노출되지 않도록 하는 것도 가능하다.Alternatively, a protective film may be formed on the bottom surface of the slit S prior to the protrusion etching process. For example, a passivation layer may be formed at the height of the control gate of the lowermost memory cell to cover the connection portion between the first channel 24A and the second channel 55 on the bottom of the slit. Alternatively, when the slit is formed, the etching depth may be adjusted to expose all of the first material layers 21 while forming the slit to a depth such that the lowermost second material layer 22 is not etched. In this case, the connection portion between the first channel 24A and the second channel 55 is not exposed during the protrusion etching process. In addition, it is possible to reduce the width of the pipe trench so that the connection portion between the first channel 24A and the second channel 55 is not exposed.

또한, 본 도면에는 도시되지 않았으나, 제2 트렌치에 희생막을 매립한 후에 파이프 게이트를 추가로 형성할 수 있다. 이러한 경우, 제2 채널(54) 상부의 게이트 절연막을 유지시킨다. 게이트 절연막의 유지는 앞서 제1 채널(24A)과 제2 채널(55)의 연결 부위의 식각을 방지하는 것과 동일한 방법으로 가능하다. 이와 같이, 제2 채널(54)의 상부를 덮도록 추가로 파이프 게이트를 형성함으로써, 제2 채널(54)에 흐르는 셀 전류를 개선시켜 메모리 소자의 퍼포먼스를 향상시킬 수 있다.
In addition, although not shown in the drawing, a pipe gate may be further formed after the sacrificial film is buried in the second trench. In this case, the gate insulating film on the second channel 54 is maintained. The gate insulating layer can be maintained in the same manner as in the previous method of preventing the etching of the connection portion between the first channel 24A and the second channel 55. As such, by further forming the pipe gate to cover the upper portion of the second channel 54, the cell current flowing through the second channel 54 may be improved to improve the performance of the memory device.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 메모리 셀이 적용된 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure to which a memory cell according to a second embodiment of the present invention is applied.

도 6에 도시된 바와 같이, 메모리 소자는 한 쌍의 제1 채널(24A)과 제2 채널(65)로 이루어진 U형 채널(CH)을 구비하며, 각 메모리막 패턴(23A)은 'ㅣ' 형태로 복수의 콘트롤 게이트들과 제1 채널(24A) 사이에 개재된다. 그 외의 구조 및 형성 방법은 앞서 도 5를 참조하여 설명한 메모리 소자와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
As shown in FIG. 6, the memory device includes a U-type channel CH including a pair of first channels 24A and second channels 65, and each memory layer pattern 23A is formed of '|'. It is interposed between the plurality of control gates and the first channel 24A in the form. Other structures and formation methods are the same as those of the memory device described above with reference to FIG. 5, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 메모리 셀이 적용된 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure to which a memory cell according to a third embodiment of the present invention is applied.

도 7에 도시된 바와 같이, 메모리 소자는 한 쌍의 제1 채널(24A)과 제2 채널(75)로 이루어진 U형 채널(CH)을 구비하며, 각 메모리막 패턴(43A)은 'ㅣ' 형태로 복수의 콘트롤 게이트들과 제1 채널(24A) 사이에 개재된다. 또한, 적층된 메모리 셀들 사이의 제1 채널(44A)에 정션(46)이 구비된다. 그 외의 구조 및 형성 방법은 앞서 도 5를 참조하여 설명한 메모리 소자와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
As shown in FIG. 7, the memory device includes a U-type channel CH including a pair of first channels 24A and second channels 75, and each memory layer pattern 43A has a shape of '|'. It is interposed between the plurality of control gates and the first channel 24A in the form. In addition, a junction 46 is provided in the first channel 44A between the stacked memory cells. Other structures and formation methods are the same as those of the memory device described above with reference to FIG. 5, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
It is to be noted that the technical spirit of the present invention has been specifically described in accordance with the above-described preferred embodiments, but it is to be understood that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

10: 기판 11, 14, 17: 층간절연막
12: 하부 선택 라인 15: 워드라인
18: 상부 선택 라인 13, 19: 게이트 절연막
16: 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막
21, 31, 41: 제1 물질막 22, 42: 제2 물질막
23, 32, 43: 메모리막 23A, 32A, 43A: 메모리막 패턴
24, 33, 44: 제1 채널 25, 34, 45, 47: 절연막
26, 36: 제1 금속막 27, 37: 제2 금속막
28, 38: 콘트롤 게이트 35: 몰드
46: 정션 51, 61, 71: 기판
52, 62, 72: 층간절연막 53, 63, 73: 파이프 게이트
54, 64, 74: 게이트 절연막 55, 65, 75: 제2 채널
10: substrate 11, 14, 17: interlayer insulating film
12: lower selection line 15: word line
18: upper select line 13, 19: gate insulating film
16: charge blocking film, charge trap film and tunnel insulating film
21, 31, 41: first material film 22, 42: second material film
23, 32, 43: memory film 23A, 32A, 43A: memory film pattern
24, 33, 44: first channel 25, 34, 45, 47: insulating film
26, 36: first metal film 27, 37: second metal film
28, 38: control gate 35: mold
46: junction 51, 61, 71: substrate
52, 62, 72: interlayer insulating film 53, 63, 73: pipe gate
54, 64, 74: gate insulating film 55, 65, 75: second channel

Claims (19)

기판 상에 적층된 복수의 콘트롤 게이트들;
상기 복수의 콘트롤 게이트들을 관통하는 복수의 제1 채널들; 및
상기 제1 채널을 둘러싸면서 상기 제1 채널과 상기 복수의 콘트롤 게이트들 사이에 개재되어 상호 분리된 복수의 메모리막 패턴들
을 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.
A plurality of control gates stacked on the substrate;
A plurality of first channels passing through the plurality of control gates; And
A plurality of memory layer patterns interposed between the first channel and the plurality of control gates and surrounding the first channel and separated from each other;
Non-volatile memory device having a three-dimensional structure comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1 채널은,
상기 적층된 복수의 콘트롤 게이트들 사이로 돌출된 복수의 돌출부들을 포함하는
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 1,
The first channel,
A plurality of protrusions protruding between the plurality of stacked control gates.
Non-volatile memory device having a three-dimensional structure.
제1항에 있어서,
상기 적층된 복수의 콘트롤 게이트들 사이의 상기 제1 채널 내에 형성된 복수의 정션들
을 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 1,
A plurality of junctions formed in the first channel between the stacked plurality of control gates
Non-volatile memory device having a three-dimensional structure further comprising.
제1항에 있어서,
상기 메모리막 패턴은 상기 복수의 콘트롤 게이트들의 상부면 및 하부면을 감싸면서, 상기 제1 채널과 상기 복수의 콘트롤 게이트들 사이에 개재되는
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 1,
The memory layer pattern is interposed between the first channel and the plurality of control gates while surrounding the top and bottom surfaces of the plurality of control gates.
Non-volatile memory device having a three-dimensional structure.
제1항에 있어서,
상기 메모리막 패턴은 상기 제1 채널과 상기 복수의 콘트롤 게이트들 사이에 한해 개재되는
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 1,
The memory layer pattern is interposed between the first channel and the plurality of control gates only.
Non-volatile memory device having a three-dimensional structure.
제1항에 있어서,
상기 기판 상에 형성된 파이프 게이트; 및
상기 파이프 게이트 내에 매립되며, 한 쌍의 상기 제1 채널들과 연결된 제2 채널
을 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.
The method of claim 1,
A pipe gate formed on the substrate; And
A second channel embedded in the pipe gate and connected to the pair of first channels
Non-volatile memory device having a three-dimensional structure further comprising.
복수의 제1 물질막들 및 복수의 제2 물질막들을 교대로 형성하는 단계;
상기 복수의 제1 물질막들 및 상기 복수의 제2 물질막들을 식각하여 복수의 제1 트렌치들을 형성하는 단계;
상기 제1 트렌치의 내벽에 노출된 복수의 제2 물질막들을 일부 두께 식각하는 단계;
상기 복수의 제2 물질막들이 일부 두께 식각된 제1 트렌치의 내면을 따라 전하트랩막을 형성하는 단계;
상기 전하트랩막 상에 채널막을 형성하여, 적층된 상기 복수의 제1 물질막들 사이로 돌출된 복수의 돌출부들을 갖는 제1 채널을 형성하는 단계;
상기 복수의 제1 물질막들 및 상기 복수의 제2 물질막들을 식각하여 이웃한 상기 제1 트렌치들 사이에 슬릿을 형성하는 단계;
적층된 복수의 메모리 셀들의 전하트랩막을 상호 분리시키도록 상기 슬릿의 내벽에 노출된 상기 전하트랩막을 식각하는 단계; 및
상기 전하트랩막이 식각된 상기 슬릿 내에 절연막을 매립하는 단계
를 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
Alternately forming a plurality of first material films and a plurality of second material films;
Etching the plurality of first material layers and the plurality of second material layers to form a plurality of first trenches;
Etching a plurality of thicknesses of the second material layers exposed on the inner wall of the first trench;
Forming a charge trap layer along an inner surface of the first trench in which the plurality of second material layers are partially etched;
Forming a channel film on the charge trap film to form a first channel having a plurality of protrusions protruding between the plurality of stacked first material films;
Etching the plurality of first material layers and the plurality of second material layers to form a slit between the adjacent first trenches;
Etching the charge trap layer exposed on the inner wall of the slit to separate the charge trap layers of the plurality of stacked memory cells from each other; And
Filling an insulating film in the slit in which the charge trap film is etched
Method of manufacturing a non-volatile memory device having a three-dimensional structure comprising a.
제7항에 있어서,
상기 전하트랩막을 식각하는 단계는,
상기 슬릿의 내벽에 상기 제2 물질막이 잔류하는 경우, 잔류하는 제2 물질막을 제거한 후에 상기 전하트랩막을 식각하는
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Etching the charge trap film,
When the second material film remains on the inner wall of the slit, the charge trap film is etched after removing the remaining second material film.
A method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure.
제7항에 있어서,
상기 전하트랩막을 식각하는 단계 후에,
상기 복수의 제1 물질막들 사이에 노출된 상기 복수의 돌출부들에 정션을 형성하는 단계
를 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
After etching the charge trap film,
Forming a junction in the plurality of protrusions exposed between the plurality of first material layers
Non-volatile memory device manufacturing method of the three-dimensional structure further comprising.
제7항에 있어서,
상기 전하트랩막을 식각하는 단계 후에,
상기 복수의 제1 물질막들 사이에 노출된 상기 복수의 돌출부들을 식각하는 단계
를 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
After etching the charge trap film,
Etching the plurality of protrusions exposed between the plurality of first material layers.
Non-volatile memory device manufacturing method of the three-dimensional structure further comprising.
제10항에 있어서,
상기 제1 채널의 복수의 돌출부들을 식각하는 단계 후에,
상기 복수의 제1 물질막들 사이에 노출된 상기 제1 채널에 정션을 형성하는 단계
를 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 10,
After etching the plurality of protrusions of the first channel,
Forming a junction in the first channel exposed between the plurality of first material films
Non-volatile memory device manufacturing method of the three-dimensional structure further comprising.
제7항에 있어서,
상기 전하트랩막을 식각하는 단계 후에,
상기 슬릿의 내벽에 노출된 상기 복수의 제1 물질막들을 제거하여 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 형성하는 단계; 및
상기 복수의 콘트롤 게이트 영역에 도전막을 매립하여 복수의 콘트롤 게이트들을 형성하는 단계
를 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
After etching the charge trap film,
Removing the plurality of first material layers exposed on the inner wall of the slit to form a plurality of control gate regions; And
Embedding a conductive layer in the plurality of control gate regions to form a plurality of control gates;
Non-volatile memory device manufacturing method of the three-dimensional structure further comprising.
제7항에 있어서,
상기 전하트랩막을 식각하는 단계는,
상기 제1 채널의 복수의 돌출부들 및 상기 복수의 돌출부들을 둘러싼 상기 전하트랩막을 식각하여 몰드 영역을 형성하는
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Etching the charge trap film,
Forming a mold region by etching the plurality of protrusions of the first channel and the charge trap layer surrounding the plurality of protrusions.
A method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure.
제13항에 있어서,
상기 전하트랩막을 식각하는 단계 후에,
상기 몰드 영역에 절연막을 매립하여 복수의 콘트롤 게이트 형성을 위한 몰드를 형성하는 단계;
상기 복수의 제1 물질막들을 제거하여 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 형성하는 단계; 및
상기 복수의 콘트롤 게이트 영역들에 도전막을 매립하여 복수의 콘트롤 게이트들을 형성하는 단계
를 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 13,
After etching the charge trap film,
Embedding an insulating film in the mold region to form a mold for forming a plurality of control gates;
Removing the plurality of first material layers to form a plurality of control gate regions; And
Filling a conductive layer in the plurality of control gate regions to form a plurality of control gates
Non-volatile memory device manufacturing method of the three-dimensional structure further comprising.
제12항 또는 제14항에 있어서,
상기 복수의 콘트롤 게이트들을 형성하는 단계는,
상기 복수의 콘트롤 게이트 영역들이 형성된 상기 슬릿 내에 제1 금속막 및 제2 금속막을 형성하는 단계;
습식 식각 공정 및 건식 식각 공정을 조합하여, 상기 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 제외한 상기 슬릿 내에 형성된 상기 제2 금속막을 식각하는 단계; 및
세정 공정에 의해 상기 복수의 콘트롤 게이트 영역들을 제외한 상기 슬릿 내에 형성된 상기 제1 금속막을 식각하는 단계를 포함하는
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
15. The method according to claim 12 or 14,
Forming the plurality of control gates,
Forming a first metal film and a second metal film in the slit in which the plurality of control gate regions are formed;
Etching the second metal film formed in the slit excluding the plurality of control gate regions by combining a wet etching process and a dry etching process; And
Etching the first metal film formed in the slit excluding the plurality of control gate regions by a cleaning process.
A method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure.
제7항에 있어서,
상기 복수의 제1 물질막들 및 상기 복수의 제2 물질막들을 교대로 형성하는 단계 전에, 파이프 게이트를 식각하여 한 쌍의 제1 트렌치들과 연결되는 위치에 제2 트렌치를 형성하는 단계;
상기 제2 트렌치 내에 희생막을 매립하는 단계; 및
상기 복수의 제1 트렌치들을 형성하는 단계 후에, 상기 희생막을 제거하는 단계
를 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Before forming the plurality of first material layers and the plurality of second material layers alternately, etching a pipe gate to form a second trench at a position connected to the pair of first trenches;
Filling a sacrificial layer in the second trench; And
After forming the plurality of first trenches, removing the sacrificial layer
Non-volatile memory device manufacturing method of the three-dimensional structure further comprising.
제7항에 있어서,
상기 제1 물질막과 상기 제2 물질막은 식각 선택비가 큰 물질로 형성되는
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The first material layer and the second material layer are formed of a material having a high etching selectivity.
A method of manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure.
복수의 도전막들 및 복수의 제1 희생막들을 교대로 형성하는 단계;
상기 복수의 도전막들 및 상기 복수의 제1 희생막들을 식각하여 복수의 제1 트렌치들을 형성하는 단계;
상기 제1 트렌치의 내면을 따라 전하트랩막을 형성하는 단계;
상기 전하트랩막 상에 채널막을 형성하여, 기판으로부터 돌출된 제1 채널을 형성하는 단계;
상기 복수의 도전막들 및 상기 복수의 제2 희생막들을 식각하여 이웃한 상기 제1 트렌치들 사이에 슬릿을 형성하는 단계;
상기 전하트랩막이 노출되도록 상기 슬릿의 내벽에 노출된 상기 복수의 제1 희생막들을 식각하는 단계;
적층된 복수의 메모리 셀들의 전하트랩막을 상호 분리시키도록, 상기 슬릿의 내벽에 노출된 전하트랩막을 식각하는 단계;
상기 전하트랩막이 식각되어 노출된 상기 제1 채널에 정션을 형성하는 단계; 및
상기 정션이 형성된 상기 슬릿 내에 절연막을 매립하는 단계
를 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
Alternately forming a plurality of conductive layers and a plurality of first sacrificial layers;
Etching the plurality of conductive layers and the plurality of first sacrificial layers to form a plurality of first trenches;
Forming a charge trap layer along an inner surface of the first trench;
Forming a channel film on the charge trap film to form a first channel protruding from the substrate;
Etching the plurality of conductive layers and the plurality of second sacrificial layers to form a slit between the adjacent first trenches;
Etching the plurality of first sacrificial layers exposed on the inner wall of the slit to expose the charge trap layer;
Etching the charge trap layers exposed on the inner walls of the slits so as to separate the charge trap layers of the plurality of stacked memory cells from each other;
Etching the charge trap layer to form a junction in the exposed first channel; And
Embedding an insulating film in the slit in which the junction is formed
Method of manufacturing a non-volatile memory device having a three-dimensional structure comprising a.
제18항에 있어서,
상기 복수의 도전막들 및 상기 복수의 제1 희생막들을 교대로 형성하는 단계 전에, 파이프 게이트를 식각하여 한 쌍의 제1 트렌치들과 연결되는 위치에 제2 트렌치를 형성하는 단계;
상기 제2 트렌치 내에 제2 희생막을 매립하는 단계; 및
상기 복수의 제1 트렌치들을 형성하는 단계 후에, 상기 제2 희생막을 제거하는 단계
를 더 포함하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 제조 방법.
19. The method of claim 18,
Before forming the plurality of conductive layers and the plurality of first sacrificial layers alternately, etching a pipe gate to form a second trench at a position connected to the pair of first trenches;
Filling a second sacrificial layer in the second trench; And
After forming the plurality of first trenches, removing the second sacrificial layer
Non-volatile memory device manufacturing method of the three-dimensional structure further comprising.
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